Введение к работе
Актуальность работы. Одним из наиболее сложных для разработки геологических объектов являются маломощные пологие и наклонные рудные жилы, доля которых в общем балансе запасов цветных, редких и благородных металлов составляет 8-10%. Для месторождений этого типа характерны: малая мощность, морфологическая изменчивость жил, анизотропия физико-механических свойств руды и вмещающих пород, неравномерное распределение металла в жиле и наличие разномасштабных тектонических нарушений.
Проведенный анализ систем и технологии разработки этих жил показал, что они имеют самые низкие показатели в горнорудной промышленности. Так, например, производительность забойного рабочего составляет в среднем 2…3 м3/чел. смену, потери руды – до 20…30%, разубоживание – до 30…60%.
Особенно негативное влияние оказывают малая мощность и угол падения рудных тел, что исключает применение гравитационной доставки и высокопроизводительного бурового и погрузочно-доставочного оборудования. Высокие потери и разубоживание обусловлены оставлением рудных целиков и прихватом вмещающих пород для обеспечения необходимой высоты очистного пространства.
Поэтому создание эффективной технологии отработки месторождений такого типа, в том числе Бом-Горхонского вольфрамового, является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит увеличить производительность труда, улучшить качественные и количественные показатели извлечения, снизить себестоимость добычи, а также повысить безопасность ведения горных работ.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности и безопасности отработки маломощных пологих и наклонных рудных тел со сложной морфологией.
Основная идея работы - повышение эффективности и безопасности добычных работ достигается применением щелевой или валовой отбойки руды, рациональных способов доставки и управления горным давлением, определяемых сложностью морфологии отрабатываемых участков жил и характером распределения напряжений в горном массиве.
Объект исследований - подземная геотехнология маломощных пологих и наклонных рудных тел со сложной морфологией.
Предмет исследований - технологические схемы и параметры подготовки и очистной выемки, напряженное состояние горного массива, конструктивные параметры и область применения систем разработки.
Основные задачи исследований:
1. Исследовать влияние геологических факторов на выбор геотехнологии разработки маломощных пологих и наклонных жильных месторождений.
2. Исследовать особенности проявления горного давления и отбойки руды при подземной разработке маломощных пологих и наклонных жил со сложной морфологией.
3. Обосновать принципы построения новой геотехнологии и разработать высокоэффективные геотехнологические схемы выемки маломощных пологих и наклонных жил со сложной морфологией.
4. Выполнить технико-экономическую оценку эффективности разработанных вариантов геотехнологии.
Методы исследований. При выполнении работы использован комплекс методов исследований, включающий обобщение и анализ теории и практики отработки маломощных пологих и наклонных жил при разработке технологических схем, аналитические исследования при установлении влияния морфологии жил на технологические параметры, теоретические, экспериментальные исследования в натурных условиях и математическое моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород и конструктивных элементов систем разработки, обработка результатов натурных измерений методами математической статистики, опытно-промышленные испытания отбойки руды при щелевой и валовой выемке жил, технико-экономические расчеты и анализ при определении области применения разработанных технологий.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечены удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических показателей (расхождение не более 20-25%), положительными результатами опытно-промышленных испытаний отбойки руды при щелевой и валовой выемке жил, достаточным и представительным объемом экспериментальных исследований особенностей проявления горного давления.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Рациональный способ отбойки руды, шпурами или скважинами, зависит от морфологии жил и определяется показателем сложности и характером изменчивости их формы.
2. При обосновании подземной геотехнологии необходимо учитывать влияние первоначального природного поля напряжений горного массива и гипсометрии выработанного пространства, а также применять щелевую либо валовую выемку с последующей сортировкой руды для повышения её качества.
3. Повышение эффективности и безопасности отработки маломощных пологих и наклонных жил со сложной морфологией обеспечивается за счет применения технологических схем со сплошной выемкой, щелевой либо валовой отбойки руды с перераспределением энергии ВВ в разрушаемом массиве, высокопроизводительного бурового и погрузочно-доставочного оборудования с рациональными параметрами, определяемыми по установленным на основе технико-экономической оценки зависимостям с учетом влияния горно-геологических, горнотехнических и технологических факторов.
Научная новизна исследований заключается в том, что:
- выявлены особенности изменения горно-геологических и горнотехнических условий залегания Бом-Горхонского вольфрамового месторождения;
- предложена методика определения предельно допустимой глубины скважины (ширины прирезки) и разработана классификация рудных жил по характеру изменчивости их формы;
- для условий Бом-Горхонского вольфрамового месторождения установлены первоначальные напряжения горного массива для различных глубин, а также определены величины горизонтальных поперечных и вертикальных напряжений с учетом влияния гипсометрии выработанного пространства;
- усовершенствована методика расчета устойчивых размеров целиков и кровли камер, которая учитывает влияние гипсометрии выработанного пространства на напряженно-деформированное состояние массива;
- выявлены особенности разрушения руды и породы при щелевом, валовом и существующем на руднике способах отбойки;
- предложены принципы построения новой геотехнологии отработки маломощных пологих и наклонных жил;
- разработаны технологические схемы выемки маломощных пологих и наклонных жил, в т.ч. патентозащищенная технология (Патент РФ № 2402681. Способ разработки маломощных пологих и наклонных рудных тел), базирующиеся на сплошной выемке руды без оставления междукамерных целиков, щелевой отбойке параллельно сближенными скважинами малого диаметра (или шпурами) и использовании высокопроизводительного бурового и погрузочно-доставочного оборудования;
- для применяемой на руднике и предложенных систем разработки определены устойчивые размеры конструктивных элементов (междукамерные, междублоковые и междуэтажные целики, ширина пролета обнажения камеры) для различных глубин залегания и мощности рудного тела;
- установлены зависимости изменения потерь, разубоживания, производительности труда забойного рабочего, полной себестоимости добычи и переработки 1 т товарной руды и удельных приведенных затрат от мощности рудного тела для разработанных технологических схем;
- установлены зависимости изменения прибыли с 1 т погашенных балансовых запасов от мощности рудного тела для разработанных технологических схем и определена область их эффективного применения.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- предложенная методика определения предельно допустимой глубины скважины (ширины прирезки) и классификация рудных жил по характеру изменчивости их формы могут применяться для оценки сложности морфологии жил и обоснования способа отбойки;
- установленные величины первоначальных природных напряжений массива и усовершенствованная методика расчета устойчивых размеров целиков и обнажений кровли камер могут быть использованы при определении конструктивных параметров систем разработки и обосновании способов управления горным давлением;
- разработанные технологические схемы обеспечивают существенное повышение производительности и безопасности труда, снижение потерь и разубоживания и могут применяться в различных горно-геологических и горнотехнических условиях.
Личный вклад автора состоит в:
- разработке методики определения предельно допустимой глубины скважины (ширины прирезки) и классификации рудных жил по характеру изменчивости их формы;
- анализе перспективных направлений совершенствования, обосновании принципов построения новой геотехнологии и разработке технологических схем выемки маломощных пологих и наклонных жил сложной морфологии;
- проведении натурных исследований и опытно-промышленных испытаний, обработке и анализе полученных результатов, установлении закономерностей изучаемых процессов;
- усовершенствовании методики расчета устойчивых размеров целиков и обнажений кровли камер, определении рациональных параметров и области эффективного применения предложенных систем разработки.
Реализация результатов работы. Разработанные технологические схемы, установленные первоначальные напряжения и усовершенствованная методика расчета устойчивых размеров целиков и обнажений кровли камер приняты ООО "Старательская артель "Кварц" для внедрения в производство, а также используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО ЗабГУ при подготовке горных инженеров по специальности 130404.65 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на технических совещаниях ООО "Старательская артель "Кварц" и Бом-Горхонского рудника (г.Чита, п. Новопавловка, 2007-2009 гг.); YII, YIII, IX, X Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2007-2010 гг.); научно-технических конференциях Горного института ЧитГУ (2008-2010 гг.); научно-технической конференции "Неделя горняка", МГГУ (г.Москва, 2008-2009 гг.); V Международной конференции «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли» (г. Екатеринбург, 2009 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК России, получен 1 патент РФ на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 104 наименований и 5 приложений. Работа представлена на 209 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 56 таблиц и приложения на 32 страницах.
Автор выражает благодарность сотрудникам ИПРЭК СО РАН и кафедры ПРМПИ ФГБОУ ВПО ЗабГУ за помощь при подготовке диссертации, д.т.н. Авдееву П.Б. за научные консультации, а также руководителям и ведущим специалистам ООО «Старательская артель «Кварц » за поддержку работы и высказанные ценные замечания и предложения.
